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【摘 要】 软启动器是一种具有卓越功能的新型电机控制装置，其在煤矿电气控制系统之中获得广泛的应用，基于此，本文论述了软启动在煤矿电气控制系统之中的具体应用。
【关键词】 软启动；煤矿电气；控制
引言：
随着煤炭工业的迅猛发展，煤矿井下各种机电设备需用电动机的功率也在不断增大，传统的降压启动方式由于缺点较多，已经不能满足生产发展的需要，软启动器以其启动平稳，故障率低等特点，正在煤矿电气控制系统中得到广泛的应用。
1、软启动工作原理
电子式软启动器是一台嵌有微处理器的磁力开关，主要由3对反并联的可控硅VT、阻容吸收保护网络RC、旁路真空接触器KM、电压互感器TV、电流互感器TA、高压熔断器FU等组成（见图1）。软启动器是集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机启动控制装置。可控硅具有硅整流器件的开关特性，工作过程可以控制（其工作原理见图1中α=30°时单相可控硅负载电压曲线）。利用可控硅VT的开关特性，将其接入电源和电动机之间，通过单片机控制触发脉冲的触发时间，以改变可控硅的触发角和导通角，从而改变加到异步电动机定子绕组的三相电压。在异步电动机启动过程中，控制可控硅的导通角，使其导通角逐渐增大，则可控硅的输出电压按一定的规律缓慢增大，电动机逐渐加速，直至可控硅全部导通，实现电动机的平滑启动。当电动机达到额定转速后，真空接触器KM自动吸合，以旁路方式短接可控硅，可控硅完成了软启动控制任务而退出工作，目的是降低可控硅的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，同时电网也避免了谐波污染。电动机在额定电压下正常运行后，则软启动器启动过程结束。软停车是软启动的逆过程，单片机控制可控硅的导通角逐渐减小，异步电动机定子绕组的三相电压逐渐减小，电动机转速逐渐减小到零，避免自由停车引起的转矩冲击。
2、软启动器的性能和发展
软启动器以体积小，转矩可以调节、启动平稳、冲击小并具有软停机功能等优点，大有取代传统的自耦减压、星-角变换降压启动的趋势。笼形异步电动机是应用最广泛的用电设备。电动机直接启动时的冲击电流很大，特别是大容量电动机直接启动会对电网及其他负载造成干扰甚至危害电网的安全运行，所以按不同工况，采用许多种减压启动方式。早期的方式有串联电抗或电阻、串联自耦变压器、星三角转换等。从20世纪70年代起，工程上开始推广利用晶闸管交流调压技术制作的软启动器。这种软启动器是集电动机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电动机控制装置，国外称为softstarter。软启动器的构成主要是串接于电源与被控电动机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。软启动器结合了电力电子技术、自动控制技术和单片机技术，是专为三相异步电动机设计的一种全数字智能化启动设备。其基本原理是通过对功率器件即可控硅的控制而实现对电动机的启动和停止控制，采用电压斜率的工作原理，控制输出给电动机的电压从可整定的初始值经过可整定的斜率时间上升到供电全压。因此降低了对电动机电源的容量要求，并减少对供电电网的影响和机械传动的冲击。软启动器采用三相反向并联的晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路类似三相全控桥式整流电路，通过内部的单片机调整改变触发脉冲的触发时间来改变触发角的大小，进而调节加到定子绕组上的端电压。
3、煤矿机械电子设备软启动技术
我国煤炭机械电子设备软启动技术，近年来得到了广泛应用，根据软启动的工作原理可以将其技术形式分成几个常见种类：一是机械电子设备的软启动，主要是根据设备本身的工作规律来保证；二是机电结构的软启动，就是将机械和电机两种条件相结合的软启动；电机电子的软启动，这种软启动能够在一定程度上改变电机或电源特点，以此实现整体软启动。
3.1、采取液力耦合器
采用液力耦合器运用软启动技术，但是若输入或输出的转速值无法满足达到相关标准，那么该液力耦合器与软启动技术不能同步运行，这样就会造成功率损失，增加发热量，时间长了还会造成资源浪费。如果运用调速型液力耦合器，就会造成电机启动电流超过额定电流的5-8倍，所以要对电机的启动次数严格控制。由于电机自身结构的限制，只能在小范围内进行调速，另外系统自身较为复杂，体积较大，尤其是直径较大的转动部分，需要利用很大面积进行转动，所以一些空间狭小的位置，无法得到很好的运用。
3.2、大功率变频调速
现阶段，变频器得到了较好发展，功能不断优化，性能也有所改进，不断缩小占地空间，所以这种特性在煤矿企业中得到了普遍应用。数字化和信息化的不断发展与成熟，使大功率变频调速器也朝着这个方向發展。
3.3、利用液体黏性制动
器液体黏性制动气作为一种新兴的转动技术，出现于上世纪70年代，利用主动摩擦装置和从动摩擦装置，形成的里能够促进转动，然后能够同步主动轴和从动轴，并保护转动系统，避免过载现象发生。与液力耦合器相比，该装置体积更小、效率更高。
4、煤矿企业使用软启动器的选择
4.1、选择直接启动与软启动的原则
所谓的直接启动就是全压启动，这种启动方式虽然简单，但却使得电机具有较大的启动电流，这远远超过电机的额定电流，从而使得供电线路中存在较大的压降，不利于其他设备的正常运转。如果直接启动而引起的线路中的压降不大于电网额定电压的十分之一，则可采取直接启动的方式，同时，还应考虑负载场合等情况。一般情况下，直接启动方式会造成设备严重磨损，从而使得设备寿命大大减少，相应地增加了设备成本，因此，对于功率较大的电动机，应首先考虑使用软启动方式。
4.2、在带式输送机上的应用
带式输送机是现代煤矿井下主要的运煤设备，是由输送带、托辊、驱动装置、拉紧装置、滚筒及其机架构成的系统。根据距离的长短、运煤量的大小、输送带倾角和线路布置情况，可以把输送机传动装置分成单滚筒传动、双滚筒传动和三滚筒传动；同样，它的驱动装置也分为单驱动、双驱动和多驱动（有时也称多点驱动）。单驱动带式输送机在启动过程中，主要考虑选择合适的启动加速度和合理的张紧力。双驱动或以上的驱动单元在启动和正常工作当中，应考虑电动机的启动顺序、启动时间间隔和功率平衡。尾部电机启动过早会出现输送带张力下降、堆积；而启动过晚会出现震荡和冲击；多台电机功率不平衡，由于载荷不均衡，会引起电动机过载从而烧毁电动机。为了适应带式输送机启动，开发出了多种驱动系统，如液力耦合器、变频调速、软启动器等。
4.3、在水泵上的应用
由于泵类负载特性和异步电动机的自然特性不相匹配，所以水泵电机直接启动和自由停车都将引起转矩突变，导致水流冲击和电流冲击。水流冲击使水泵系统产生喘振和噪声，即产生所谓的“水锤”效应。严重时使管道和管道支架振动，甚至使管道和阀门破裂；电流冲击可转化为冲击转矩，并影响水泵的机械寿命。现在水泵虽然采取了一些消除“水锤”效应的措施，但是效果并不明显。软启动器的软停车功能可以使水泵电机在接收到停车信号后，电动机的端电压逐渐减小，直至降到设定值。这样可以消除“水锤”效应，减少机械维护工作量，保证供水可靠，节省系统维修费用。其软停车时间可以根据不同的负载来调节，一般离心泵的软停车时间设为4s～6s，容积泵调整在10s以上。
5、结语
电动机的降压启动方式从“Y—△”启动器、自耦降压启动器、磁控式软启动器、双速电机软启动、水电阻式软启动器等，已发展到电子式软启动器，电子式软启动器可以满足煤矿使用的要求，所以在工程应用中，当电动机在直接启动不能满足要求时，首先考虑的应是电子式软启动器，也为今后的智能控制集成化打下了良好的基础。
参考文献：
[1]马健.煤矿电气控制系统中软启动的应用探讨[J].科技创新与应用，2012，28：94.
[2]郭丽萍.软启动在液位控制系统中的应用[J].科协论坛（下半月），2011，02：29-30.
[3]贾国华.浅析软启动器在煤矿企业的应用[J].中国产业，2011，02：37.
[4]冯政.软启动在皮带系统中的应用[J].硅谷，2013，16：40+39.
【关键词】 软启动；煤矿电气；控制
引言：
随着煤炭工业的迅猛发展，煤矿井下各种机电设备需用电动机的功率也在不断增大，传统的降压启动方式由于缺点较多，已经不能满足生产发展的需要，软启动器以其启动平稳，故障率低等特点，正在煤矿电气控制系统中得到广泛的应用。
1、软启动工作原理
电子式软启动器是一台嵌有微处理器的磁力开关，主要由3对反并联的可控硅VT、阻容吸收保护网络RC、旁路真空接触器KM、电压互感器TV、电流互感器TA、高压熔断器FU等组成（见图1）。软启动器是集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机启动控制装置。可控硅具有硅整流器件的开关特性，工作过程可以控制（其工作原理见图1中α=30°时单相可控硅负载电压曲线）。利用可控硅VT的开关特性，将其接入电源和电动机之间，通过单片机控制触发脉冲的触发时间，以改变可控硅的触发角和导通角，从而改变加到异步电动机定子绕组的三相电压。在异步电动机启动过程中，控制可控硅的导通角，使其导通角逐渐增大，则可控硅的输出电压按一定的规律缓慢增大，电动机逐渐加速，直至可控硅全部导通，实现电动机的平滑启动。当电动机达到额定转速后，真空接触器KM自动吸合，以旁路方式短接可控硅，可控硅完成了软启动控制任务而退出工作，目的是降低可控硅的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，同时电网也避免了谐波污染。电动机在额定电压下正常运行后，则软启动器启动过程结束。软停车是软启动的逆过程，单片机控制可控硅的导通角逐渐减小，异步电动机定子绕组的三相电压逐渐减小，电动机转速逐渐减小到零，避免自由停车引起的转矩冲击。
2、软启动器的性能和发展
软启动器以体积小，转矩可以调节、启动平稳、冲击小并具有软停机功能等优点，大有取代传统的自耦减压、星-角变换降压启动的趋势。笼形异步电动机是应用最广泛的用电设备。电动机直接启动时的冲击电流很大，特别是大容量电动机直接启动会对电网及其他负载造成干扰甚至危害电网的安全运行，所以按不同工况，采用许多种减压启动方式。早期的方式有串联电抗或电阻、串联自耦变压器、星三角转换等。从20世纪70年代起，工程上开始推广利用晶闸管交流调压技术制作的软启动器。这种软启动器是集电动机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电动机控制装置，国外称为softstarter。软启动器的构成主要是串接于电源与被控电动机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。软启动器结合了电力电子技术、自动控制技术和单片机技术，是专为三相异步电动机设计的一种全数字智能化启动设备。其基本原理是通过对功率器件即可控硅的控制而实现对电动机的启动和停止控制，采用电压斜率的工作原理，控制输出给电动机的电压从可整定的初始值经过可整定的斜率时间上升到供电全压。因此降低了对电动机电源的容量要求，并减少对供电电网的影响和机械传动的冲击。软启动器采用三相反向并联的晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路类似三相全控桥式整流电路，通过内部的单片机调整改变触发脉冲的触发时间来改变触发角的大小，进而调节加到定子绕组上的端电压。
3、煤矿机械电子设备软启动技术
我国煤炭机械电子设备软启动技术，近年来得到了广泛应用，根据软启动的工作原理可以将其技术形式分成几个常见种类：一是机械电子设备的软启动，主要是根据设备本身的工作规律来保证；二是机电结构的软启动，就是将机械和电机两种条件相结合的软启动；电机电子的软启动，这种软启动能够在一定程度上改变电机或电源特点，以此实现整体软启动。
3.1、采取液力耦合器
采用液力耦合器运用软启动技术，但是若输入或输出的转速值无法满足达到相关标准，那么该液力耦合器与软启动技术不能同步运行，这样就会造成功率损失，增加发热量，时间长了还会造成资源浪费。如果运用调速型液力耦合器，就会造成电机启动电流超过额定电流的5-8倍，所以要对电机的启动次数严格控制。由于电机自身结构的限制，只能在小范围内进行调速，另外系统自身较为复杂，体积较大，尤其是直径较大的转动部分，需要利用很大面积进行转动，所以一些空间狭小的位置，无法得到很好的运用。
3.2、大功率变频调速
现阶段，变频器得到了较好发展，功能不断优化，性能也有所改进，不断缩小占地空间，所以这种特性在煤矿企业中得到了普遍应用。数字化和信息化的不断发展与成熟，使大功率变频调速器也朝着这个方向發展。
3.3、利用液体黏性制动
器液体黏性制动气作为一种新兴的转动技术，出现于上世纪70年代，利用主动摩擦装置和从动摩擦装置，形成的里能够促进转动，然后能够同步主动轴和从动轴，并保护转动系统，避免过载现象发生。与液力耦合器相比，该装置体积更小、效率更高。
4、煤矿企业使用软启动器的选择
4.1、选择直接启动与软启动的原则
所谓的直接启动就是全压启动，这种启动方式虽然简单，但却使得电机具有较大的启动电流，这远远超过电机的额定电流，从而使得供电线路中存在较大的压降，不利于其他设备的正常运转。如果直接启动而引起的线路中的压降不大于电网额定电压的十分之一，则可采取直接启动的方式，同时，还应考虑负载场合等情况。一般情况下，直接启动方式会造成设备严重磨损，从而使得设备寿命大大减少，相应地增加了设备成本，因此，对于功率较大的电动机，应首先考虑使用软启动方式。
4.2、在带式输送机上的应用
带式输送机是现代煤矿井下主要的运煤设备，是由输送带、托辊、驱动装置、拉紧装置、滚筒及其机架构成的系统。根据距离的长短、运煤量的大小、输送带倾角和线路布置情况，可以把输送机传动装置分成单滚筒传动、双滚筒传动和三滚筒传动；同样，它的驱动装置也分为单驱动、双驱动和多驱动（有时也称多点驱动）。单驱动带式输送机在启动过程中，主要考虑选择合适的启动加速度和合理的张紧力。双驱动或以上的驱动单元在启动和正常工作当中，应考虑电动机的启动顺序、启动时间间隔和功率平衡。尾部电机启动过早会出现输送带张力下降、堆积；而启动过晚会出现震荡和冲击；多台电机功率不平衡，由于载荷不均衡，会引起电动机过载从而烧毁电动机。为了适应带式输送机启动，开发出了多种驱动系统，如液力耦合器、变频调速、软启动器等。
4.3、在水泵上的应用
由于泵类负载特性和异步电动机的自然特性不相匹配，所以水泵电机直接启动和自由停车都将引起转矩突变，导致水流冲击和电流冲击。水流冲击使水泵系统产生喘振和噪声，即产生所谓的“水锤”效应。严重时使管道和管道支架振动，甚至使管道和阀门破裂；电流冲击可转化为冲击转矩，并影响水泵的机械寿命。现在水泵虽然采取了一些消除“水锤”效应的措施，但是效果并不明显。软启动器的软停车功能可以使水泵电机在接收到停车信号后，电动机的端电压逐渐减小，直至降到设定值。这样可以消除“水锤”效应，减少机械维护工作量，保证供水可靠，节省系统维修费用。其软停车时间可以根据不同的负载来调节，一般离心泵的软停车时间设为4s～6s，容积泵调整在10s以上。
5、结语
电动机的降压启动方式从“Y—△”启动器、自耦降压启动器、磁控式软启动器、双速电机软启动、水电阻式软启动器等，已发展到电子式软启动器，电子式软启动器可以满足煤矿使用的要求，所以在工程应用中，当电动机在直接启动不能满足要求时，首先考虑的应是电子式软启动器，也为今后的智能控制集成化打下了良好的基础。
参考文献：
[1]马健.煤矿电气控制系统中软启动的应用探讨[J].科技创新与应用，2012，28：94.
[2]郭丽萍.软启动在液位控制系统中的应用[J].科协论坛（下半月），2011，02：29-30.
[3]贾国华.浅析软启动器在煤矿企业的应用[J].中国产业，2011，02：37.
[4]冯政.软启动在皮带系统中的应用[J].硅谷，2013，16：40+39.